1548 году над гробом преподобного Никона к собору пристроили придел. Около 1425–1427 годов над росписью собора трудился Андрей Рублев, бывший также учеником преподобного Сергия; в дальнейшем роспись неоднократно обновлялась, а несохранившаяся нижняя часть была заново расписана в 1949–1954 годах. Для этого собора Андрей Рублев написал икону «Троица».